پیل سوختی PEM غیر گرمایی

View Categories

پیل سوختی PEM غیر گرمایی

41 min read

PDF

پیل سوختی PEM غیر گرمایی
معرفی
این آموزش، واکنش‌های الکتروشیمیایی بهم پیوسته، انتقال بار و گونه‌ها، و انتقال حرارت را در پیل سوختی غشای الکترولیت پلیمری (PEM) مدل‌سازی می‌کند. برای میدان های جریان گاز، کانال های مستقیم در سمت آند هیدروژن استفاده می شود، در حالی که یک ساختار مشبک در سمت کاتد هوا استفاده می شود. سلول توسط یک سیال خنک کننده خنک می شود که در یک کانال جداگانه جریان دارد. شرایط مرزی دمایی دوره ای برای مرزهای بالا و پایین استفاده می شود، در نتیجه یک پیکربندی سلول انباشته را شبیه سازی می کند. انتقال الکترواسموتیک (کشش) و نفوذ آب از طریق غشاء نیز در مدل گنجانده شده است.
توجه: برای ساخت هندسه مدل و اجرای مدل، مجوز Design Module مورد نیاز است.
این آموزش فرض می‌کند که خواننده قبلاً به خوبی با مدل‌سازی پیل سوختی در COMSOL Multiphysics آشنایی دارد. برای مقدمه‌ای کلی بر مدل‌سازی پیل سوختی، به آموزش انتقال جرم و واکنش الکتروشیمیایی در کاتد پیل سوختی و برای یک بحث مفصل در مورد مدل‌سازی مجموعه غشایی-الکترود (MEA) یک پیل سوختی PEM، به بخش حمل و نقل مراجعه کنید. آموزش مونتاژ الکترود-پدیده در پیل سوختی سلول سوختی پلیمری .
تعریف مدل
شکل 1: هندسه مدل.
هندسه مدل
شکل 1 هندسه مدل را نشان می دهد. ورودی جریان هوای مرطوب و گاز هیدروژن و همچنین سیال خنک کننده مایع در سمت راست پایین در شکل قرار دارد. کلکتور جریان فلزی در سمت کاتد از یک شبکه اکسترود شده ساخته شده است، در حالی که یک صفحه فلزی قالب‌گیری شده برای تشکیل کانال‌های خنک‌کننده مستقیم گاز و مایع در سمت آند (هیدروژن) استفاده می‌شود.
رابط ها و کوپلینگ های فیزیک
مدل با استفاده از تعدادی رابط فیزیک مختلف تعریف شده است:
توازن بار و گونه، ترمودینامیک فاز واکنش و گاز و واکنش های الکتروشیمیایی همگی با استفاده از یک رابط پیل سوختی هیدروژنی ( fc ) تعریف می شوند. این رابط همچنین شامل نفوذ آب و درگ الکترواسموتیک از طریق غشا است.
جریان همرفتی و فشار فازهای گاز در محفظه‌های گاز آزاد و لایه‌های انتشار گاز (GDL) توسط دو رابط آزاد و متخلخل ( fp ) تعریف می‌شوند، یکی برای هر مخلوط گاز. این رابط های فیزیک معادلات ناویر-استوکس را در حوزه گاز آزاد و معادلات برینکمن را در GDL حل می کنند.
جریان همرفتی و فشار سیال خنک کننده مایع با استفاده از یک رابط جریان آرام ( spf ) تعریف می شود. این رابط معادلات ناویر-استوکس را حل می کند.
انتقال حرارت و دمای سلول با استفاده از رابط انتقال حرارت ( ht ) تعریف و حل می شود.
اینترفیس ها به روش های مختلفی به هم متصل می شوند. گره های Multiphysics زیر در مدل برای تعریف کوپلینگ های مختلف استفاده می شوند:
گره های جریان واکنش ، یکی برای هر فاز گاز، سرعت ها و فشارهای همرفتی رابط های fp را در معادلات انتقال گونه ها و بیان سینتیک واکنش الکتروشیمیایی رابط fc اعمال می کنند . این گره های کوپلینگ همچنین چگالی و ویسکوزیته دینامیکی در رابط های fp را بر روی متغیرهای محاسبه شده توسط رابط fc تنظیم می کنند .
گره گرمایش الکتروشیمیایی ، منابع گرمایی ناشی از واکنش های الکتروشیمیایی و گرمایش اهمی (ژول) محاسبه شده توسط رابط fc را در رابط ht اعمال می کند . گره همچنین دما را در تمام حوزه‌های fc روی رابط ht تنظیم می‌کند
گره های جریان غیر گرمایی ، یکی برای هر رابط جریان سیال، میدان سرعت را در رابط های fp و spf به حوزه های سیال رابط های ht جفت می کنند. گره همچنین دما را در تمام دامنه‌های fp و spf روی رابط ht تنظیم می‌کند
علاوه بر این، ظرفیت های حرارتی سیال و رسانایی حرارتی حوزه های گاز در حوزه سیال ht به صورت دستی بر روی متغیرهای دامنه داخلی مربوطه که توسط رابط fc محاسبه می شوند، تنظیم می شوند.
تقارن و شرایط مرزی دوره ای
تقارن در جهت x فرض می‌شود  ، با شرایط تقارن (یا عایق / بدون شار ) در تمام رابط‌های فیزیک در صفحات yz خارجی مربوطه هندسه مدل استفاده می‌شود.
برای رابط ht، یک شرط تناوبی برای جفت کردن شار گرما و دمای صفحات xy بالا و پایین استفاده می شود . به این ترتیب، یک پیکربندی سلول انباشته مدل شده است.
خواص مواد و شرایط عملیاتی
جریان های هیدروژن ورودی و گاز هوا تا 85 درصد در دمای 70 درجه سانتی گراد مرطوب می شوند. خواص فاز گاز با استفاده از توابع ترمودینامیکی داخلی رابط fc محاسبه شد .
سیال خنک کننده از خواص آب در کتابخانه مواد داخلی COMSOL Multiphysics استفاده می کند. دمای خنک کننده ورودی 70 درجه سانتیگراد است.
خاصیت رسانایی و انتقال آب غشایی از Nafion، EW 1100، بخار متعادل، پروتونه شده در کتابخانه مواد سلول سوختی و الکترولایزر گرفته شده است.
دامنه‌های جمع‌آور و تغذیه‌کننده فعلی از ویژگی‌های مواد Steel AISI 4340 در کتابخانه مواد داخلی COMSOL Multiphysics استفاده می‌کنند.
مقادیر هدایت حرارتی و الکتریکی ناهمسانگرد برای GDL ها استفاده می شود. رسانایی حرارتی ناهمسانگرد از Ref. 1 . با توجه به هدایت حرارتی بسیار بالاتر ماتریس جامد GDLها، در مقایسه با فاز گاز، حوزه‌های GDL به عنوان جامد در رابط ht مدل‌سازی می‌شوند.
مقادیر باقیمانده پارامتر به صورت دلخواه برای اهداف آموزشی انتخاب شدند.
مش بندی
یک مش تعریف شده توسط کاربر در مدل استفاده شده است. یک مش چهاروجهی آزاد برای همه دامنه ها به جز GDLها و غشاء که در جهت z جارو می شوند استفاده می شود  . با ساخت هندسه مدل به عنوان مجموعه ای از دو قسمت، با یک مرز تداوم حاصل که در صفحه xy در وسط غشاء قرار می گیرد، عملیات جاروب اجازه می دهد تا مش های غیر منطبق در هر طرف غشاء وجود داشته باشد.
مش های لایه مرزی در حوزه جریان آزاد اضافه می شوند تا شیب های تند در سرعت را حل کنند.
دنباله مطالعه
مدل در یک دنباله مطالعه متشکل از چند مرحله حل شده است. هر مرحله از حل مرحله قبل به عنوان مقادیر اولیه برای متغیرهای وابسته استفاده می کند. تمام مراحل مطالعه با استفاده از یک حل کننده ثابت حل می شود.
مرحله 1: راه اندازی توزیع فعلی. این مرحله مطالعه فقط برای متغیرهای بالقوه رابط fc ، برای پتانسیل سلولی 1 ولت حل می شود.
مرحله 2: ثابت – جریان آند. این مرحله مطالعه فقط میدان سرعت و فشار مخلوط گاز آند (هیدروژن) را حل می کند.
مرحله 3: ثابت – جریان کاتدی. این مرحله مطالعه فقط میدان سرعت و فشار مخلوط گاز کاتد (هوا) را حل می کند.
مرحله 4: ثابت – جریان خنک کننده. این مرحله مطالعه فقط میدان سرعت و فشار جریان خنک کننده ( رابط spf ) را حل می کند.
مرحله 5: ثابت – تمام فیزیک به جز جریان آرام. این مرحله مطالعه شروع به حل مشکل کامل در پتانسیل سلولی 1 ولت می کند و با استفاده از یک جارو کمکی آن را به 0.5 ولت کاهش می دهد . از آنجایی که فرض می شود خواص سیال خنک کننده تحت تأثیر تغییرات دما قرار نمی گیرد، رابط spf از حل در این مرحله مطالعه حذف می شود.
استفاده از روش پله‌ای بالا، در ترکیب با جارو کردن پتانسیل سلول در آخرین جاروها، منجر به راه‌اندازی حل‌کننده قوی‌تر برای این مشکل بسیار مرتبط می‌شود.
نتایج و بحث
شکل 2 چگالی جریان عبوری غشا را نشان می دهد. چگالی جریان به سمت سمت خروجی افزایش می یابد.
شکل 2: چگالی جریان الکترولیت متقاطع غشایی.
شکل 3 و شکل 4 افت پتانسیل در فیدر جریان آند و جمع کننده جریان کاتدی را به ترتیب و GDL ها نشان می دهد. افتهای بالقوه تقریباً 200 میلی ولت در هر طرف است و عمدتاً از تلفات در GDLها ناشی می شود.
شکل 5 و شکل 6 به ترتیب کسر مولی اکسیژن و بخار آب در مخلوط گاز کاتد را نشان می دهد. سطح اکسیژن کاهش می یابد در حالی که سطح آب به سمت خروجی افزایش می یابد. در زیر “پای” مش کلکتور فعلی، سطح اکسیژن نزدیک به خروجی تقریباً نیمی از سطوح ورودی است.
شکل 7 و شکل 8 به ترتیب دما را در کل سلول و فقط در کانال خنک کننده نشان می دهد. بالاترین دما در MEA با افزایش دما بیش از 10 درجه سانتیگراد در مقایسه با دمای ورودی یافت می شود.
شکل 3: پتانسیل الکتریکی در هادی فلزی و GDL در سمت آند سلول.
شکل 4: پتانسیل الکتریکی در هادی فلزی و GDL در سمت کاتد سلول.
شکل 5: کسر مولی اکسیژن.
شکل 6: کسر مولی بخار آب.
شکل 7: دما.
شکل 8: دما در کانال خنک کننده.
شکل 9 رطوبت نسبی مخلوط های گازی و فعالیت آب مربوطه را در فاز الکترولیت غشایی نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود به دلیل تولید آب، رطوبت نسبی به سمت خروجی افزایش می یابد. رطوبت نسبی بالاتر منجر به رسانایی غشا بالاتر می شود و چگالی جریان محلی بالاتر به سمت خروجی را توضیح می دهد که در شکل 2 مشاهده شد .
بیشترین رطوبت نسبی به سمت خروجی جریان گاز آند در مرز رو به کانال خنک کننده دیده می شود. تراکم آب و تشکیل قطرات از نظر ترمودینامیکی در این بخش از سلول بسیار مطلوب است.
شکل 9: فعالیت آب در فاز گاز و در غشا.
ارجاع
1. R. Bock، H. Karoliussen، BG Pollet، M. Secanell، F. Seland، D. Stanier، و OS Burheim، “تأثیر گرافیتی شدن بر هدایت حرارتی لایه های کاتالیزور و گرادیان های دما در سلول های سوختی غشای تبادل پروتون”. ” بین المللی جی هیدروگ. انرژی ، جلد. 45، شماره 2، ص 1335-1342، 2020.
مسیر کتابخانه برنامه: Fuel_Cell_and_Electrolyzer_Module/Thermal_Management/nonisothermal_pem_fuel_cell
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
در پنجره Model  Wizard ، روی  3D کلیک کنید .
2
در درخت Select  Physics ، Electrochemistry>Hydrogen  Fuel  Cells>Proton  Exchange  (fc) را انتخاب کنید .
3
روی افزودن کلیک کنید .
4
در درخت Select  Physics ، Fluid  Flow> Porous  Media  and  Subsurface  Flow> Free  and  Porous  Media  Flow  (fp) را انتخاب کنید .
5
روی افزودن کلیک کنید .
6
در قسمت متن فیلد Velocity ،  ua را تایپ کنید .
7
در جدول اجزای فیلد Velocity تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
انجام دادن
وا
از
8
در قسمت متن فشار ، pa را تایپ کنید .
9
روی افزودن کلیک کنید .
10
در قسمت متن فیلد Velocity ،  uc را تایپ کنید .
11
در جدول اجزای فیلد Velocity تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
uc
vc
دستشویی
12
در قسمت متن فشار ، pc را تایپ کنید .
13
در درخت Select  Physics ، Heat  Transfer>Heat  Transfer  in  Solids  and  Fluids  (ht) را انتخاب کنید .
14
روی افزودن کلیک کنید .
15
در درخت Select  Physics ، Fluid  Flow>Single-Phase  Flow>Laminar  Flow  (spf) را انتخاب کنید .
16
روی افزودن کلیک کنید .
17
در قسمت متن فیلد Velocity ،  u_cool را تایپ کنید .
18
در جدول اجزای فیلد Velocity تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
u_cool
v_cool
w_cool
19
در قسمت متن فشار ، p_cool را تایپ کنید .
20
 روی مطالعه کلیک کنید .
21
 روی Done کلیک کنید .
هندسه 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Geometry  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات هندسه ، قسمت Advanced را پیدا کنید .
3
از لیست نمایش هندسه  ، هسته CAD را انتخاب کنید .
4
در نوار ابزار Geometry ، روی Insert  Sequence کلیک کنید و Insert  Sequence را انتخاب کنید .
5
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل nonisothermal_pem_fuel_cell_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید .
6
در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن  همه کلیک کنید .
تعاریف جهانی
پارامترهای هندسه
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Global  Definitions روی Parameters  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات پارامترها ، هندسه پارامترها را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
پارامترهای فیزیک
1
در نوار ابزار Home ، روی  پارامترها کلیک کنید و Add>Parameters را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، Physics Parameters را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Parameters را پیدا کنید .  روی Load  from  File کلیک کنید .
4
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل nonisothermal_pem_fuel_cell_physics_parameters.txt دوبار کلیک کنید .
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی پیل سوختی هیدروژنی  (fc) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پیل سوختی هیدروژنی  ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، دامنه های فیزیک سلول سوختی  را انتخاب کنید .
4
کلیک کنید تا قسمت Membrane  Transport گسترش یابد . چک باکس Electroosmotic  water  drag را انتخاب کنید .
مواد را اضافه کنید
1
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Material کلیک کنید تا پنجره Add  Material باز شود .
2
به پنجره Add  Material بروید .
3
در درخت، Built-in>Steel  AISI  4340 را انتخاب کنید .
4
کلیک راست کرده و Add  to  Component   (comp1) را انتخاب کنید .
5
در درخت، Built-in>Water,  liquid را انتخاب کنید .
6
کلیک راست کرده و Add  to  Component   (comp1) را انتخاب کنید .
7
در درخت، Fuel  Cell  and  Electrolyzer>Polymer  Electrolytes>Nafion,  EW  1100,  Vapor  Equilibrated,  Protonated را انتخاب کنید .
8
کلیک راست کرده و Add  to  Component   (comp1) را انتخاب کنید .
9
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Material کلیک کنید تا پنجره Add  Material بسته شود .
مواد
فولاد AISI 4340 (mat1)
1
در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی  را پیدا کنید .
2
از لیست انتخاب ، هادی های فلزی  را انتخاب کنید .
مایع خنک کننده
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Materials روی Water,  liquid  (mat2) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات مواد ، Cooling Fluid را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت انتخاب موجودیت هندسی  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال های خنک کننده را انتخاب کنید .
Nafion، EW 1100، بخار متعادل، پروتونه (mat3)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Nafion،  EW  1100،  Vapor  Equilibrated،  Protonated  (mat3) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید .
پیل سوختی هیدروژنی (FC)
غشاء 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Membrane را انتخاب کنید .
2
در پنجره Settings for Membrane ، قسمت Domain  Selection را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید .
مقادیر اولیه 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Membrane  1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه  ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید .
3
در قسمت متنی 0 ، T_in را تایپ کنید .
جذب- دفع آب H2 Side 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Water  Absorption-Desorption،  H2  Side  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات مربوط به جذب- دفع آب ،  سمت H2 ، بخش Absorption-Desorption Condition را پیدا کنید .
3
از لیست مواد الکترولیت ،  Nafion، EW 1100، Vapor Equilibrated، Protonated (mat3) را انتخاب کنید .
جذب- دفع آب، O2 سمت 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Water  Absorption-Desorption،  O2  Side  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات مربوط به جذب- دفع آب ،  سمت O2 ، بخش Absorption-Desorption Condition را پیدا کنید .
3
از لیست مواد الکترولیت ،  Nafion، EW 1100، Vapor Equilibrated، Protonated (mat3) را انتخاب کنید .
کانال 1 جریان گاز H2
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و کانال جریان گاز H2  را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای کانال جریان گاز H2  ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، محفظه گاز آزاد آند  را انتخاب کنید .
لایه انتشار گاز H2 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و H2  Gas  Diffusion  Layer را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای لایه انتشار گاز H2  ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، Anode  GDL را انتخاب کنید .
4
قسمت Electrode  Charge  Transport را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید .
5
در جدول σ s تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
sigmas_GDL_IP
0
0
0
sigmas_GDL_IP
0
0
0
sigmas_GDL_TP
6
بخش حمل و نقل گاز  را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، epsg_GDL را تایپ کنید .
کانال 1 جریان گاز O2
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و کانال جریان گاز O2  را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای کانال جریان گاز O2  ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، محفظه گاز بدون کاتد  را انتخاب کنید .
لایه انتشار گاز O2 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و O2  Gas  Diffusion  Layer را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای لایه انتشار گاز O2  ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، Cathode  GDL را انتخاب کنید .
4
قسمت Electrode  Charge  Transport را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید .
5
در جدول σ s تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
sigmas_GDL_IP
0
0
0
sigmas_GDL_IP
0
0
0
sigmas_GDL_TP
6
بخش حمل و نقل گاز  را پیدا کنید . در قسمت متن ε g ، epsg_GDL را تایپ کنید .
گردآورنده فعلی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Current  Collector را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جمع‌آوری کنونی  ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، هادی های فلزی  را انتخاب کنید .
4
قسمت Electrode  Charge  Transport را پیدا کنید . از لیست σ ، از مواد را انتخاب کنید .
فاز 1 هدایت الکترونیکی
در پنجره Model  Builder ، گره Component   (comp1)>Hydrogen  Fuel  Cell  (fc)>Electronic  Conducting  Phase  1 را گسترش دهید ، سپس روی Electronic  Conducting  Phase  1 کلیک کنید .
زمین برق 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Electric  Ground را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای زمین الکتریکی  ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، تماس با تغذیه کننده جریان آند  را انتخاب کنید .
فاز 1 هدایت الکترونیکی
در پنجره Model  Builder ، روی Electronic  Conducting  Phase  1 کلیک کنید .
پتانسیل الکتریکی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Electric  Potential را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات Electric  Potential ، قسمت Electric  Potential را پیدا کنید .
3
در قسمت متن φ s,bnd ، E_cell را تایپ کنید .
4
قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید . از لیست Selection ، Top Plate Surface را انتخاب کنید .
مقادیر اولیه 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Component   (comp1)>Hydrogen  Fuel  Cell  (fc)>H2  Gas  Phase  1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات مقادیر اولیه  ، قسمت ترکیب اولیه را پیدا کنید .
3
از لیست مشخصات مخلوط  ، مخلوط مرطوب شده را انتخاب کنید .
4
در قسمت متنی RH hum ، RH_an را تایپ کنید .
5
در قسمت متن hum ، T_in را تایپ کنید .
فاز 1 H2 گازی
در پنجره Model  Builder ، روی H2  Gas  Phase  1 کلیک کنید .
ورودی H2 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و H2  Inlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ورودی H2  ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، ورودی گاز آند  را انتخاب کنید .
فاز 1 H2 گازی
در پنجره Model  Builder ، روی H2  Gas  Phase  1 کلیک کنید .
خروجی H2 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و H2  Outlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای خروجی H2  ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، خروجی گاز آند  را انتخاب کنید .
مقادیر اولیه 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Component   (comp1)>Hydrogen  Fuel  Cell  (fc)>O2  Gas  Phase  1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات مقادیر اولیه  ، قسمت ترکیب اولیه را پیدا کنید .
3
از لیست مشخصات مخلوط  ، هوای مرطوب را انتخاب کنید .
4
در قسمت متن RH hum ، RH_cath را تایپ کنید .
5
در قسمت متن hum ، T_in را تایپ کنید .
فاز 1 گاز O2
در پنجره Model  Builder ، روی O2  Gas  Phase  1 کلیک کنید .
ورودی O2 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و O2  Inlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ورودی O2  ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، ورودی گاز کاتد  را انتخاب کنید .
فاز 1 گاز O2
در پنجره Model  Builder ، روی O2  Gas  Phase  1 کلیک کنید .
خروجی O2 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و O2  Outlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای خروجی O2  ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، خروجی گاز کاتد  را انتخاب کنید .
الکترود نازک انتشار گاز H2 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thin  H2  Gas  Diffusion  Electrode را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای الکترود نازک  انتشار گاز H2  ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، Anode  GDE را انتخاب کنید .
4
قسمت ضخامت الکترود  را پیدا کنید . در قسمت متنی gde ، L_CL را تایپ کنید .
واکنش الکترود انتشار گاز نازک H2 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Thin  H2  Gas  Diffusion  Electrode  Reaction  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود انتشار گاز نازک  H2  ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید .
3
در قسمت متن 0,ref i0_H2_ref را تایپ کنید .
4
قسمت Active  Specific  Surface  Area را پیدا کنید . در قسمت متن v ، a_CL را تایپ کنید .
الکترود نازک انتشار گاز O2 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thin  O2  Gas  Diffusion  Electrode را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای الکترود نازک  انتشار گاز O2  ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، Cathode  GDE را انتخاب کنید .
4
قسمت ضخامت الکترود  را پیدا کنید . در قسمت متنی gde ، L_CL را تایپ کنید .
واکنش الکترود انتشار گاز نازک O2 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Thin  O2  Gas  Diffusion  Electrode  Reaction  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای واکنش الکترود انتشار گاز نازک  O2  ، بخش سینتیک الکترود را پیدا کنید .
3
در قسمت متن 0,ref i0_O2_ref را تایپ کنید .
4
در قسمت متن α a ، alphaa_O2 را تایپ کنید .
5
قسمت Active  Specific  Surface  Area را پیدا کنید . در قسمت متن v ، a_CL را تایپ کنید .
جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Free  and  Porous  Media  Flow  (fp) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات جریان رسانه آزاد  و  متخلخل  ، جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
قسمت انتخاب دامنه  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، آند بدون گاز و GDL را انتخاب کنید .
4
بخش Physical  Model را پیدا کنید . از لیست تراکم پذیری ، جریان تراکم پذیر  (Ma<0.3) را انتخاب کنید .
چند فیزیک
جریان واکنش، فاز 1 گاز H2 (rfh1)
در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics  Couplings کلیک کنید و Domain>Reacting  Flow،  H2  Gas  Phase را انتخاب کنید .
جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند (FP)
متخلخل متوسط ​​1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Porous  Medium را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای محیط متخلخل  ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، Anode  GDL را انتخاب کنید .
ماتریس متخلخل 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Porous  Matrix  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل  ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید .
3
از لیست ε p ، User  defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، epsg_GDL را تایپ کنید .
4
از لیست κ ، User  defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، kappag_GDL را تایپ کنید .
ورودی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Boundary  Condition را پیدا کنید .
3
از لیست، جریان کاملاً  توسعه یافته  را انتخاب کنید .
4
قسمت Fully  Developed  Flow را پیدا کنید . در قسمت متن av ، v_in_an را تایپ کنید .
5
قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی گاز آند را انتخاب کنید .
خروجی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، خروجی گاز آند  را انتخاب کنید .
دیوار 2
1
در پنجره Model  Builder ، گره Free  and  Porous  Media  Flow  –  Anode  (fp) را گسترش دهید .
2
روی Free  and  Porous  Media  Flow  –  Anode  (fp) کلیک راست کرده و Wall را انتخاب کنید .
3
در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت Boundary  Condition را پیدا کنید .
4
از لیست شرایط دیوار  ، لغزش را انتخاب کنید .
5
قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، GDL Boundaries را انتخاب کنید .
تقارن 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، مرزهای تقارن راست  و  چپ  را انتخاب کنید .
جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Free  and  Porous  Media  Flow   (fp2) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات جریان رسانه آزاد  و  متخلخل  ، جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
قسمت انتخاب دامنه  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، گاز بدون کاتد و GDL را انتخاب کنید .
4
بخش Physical  Model را پیدا کنید . از لیست تراکم پذیری ، جریان تراکم پذیر  (Ma<0.3) را انتخاب کنید .
چند فیزیک
جریان واکنش، فاز 1 گاز O2 (rfo1)
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics  Couplings کلیک کنید و Domain>Reacting  Flow،  O2  Gas  Phase را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جریان واکنش ،  فاز گاز O2 ، بخش Coupled Interfaces را پیدا کنید .
3
از لیست جریان سیال  ، جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (fp2) را انتخاب کنید .
جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (FP2)
متخلخل متوسط ​​1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Component   (comp1)>Free  and  Porous  Media  Flow  –  Cathode  (fp2) را گسترش دهید .
2
روی Free  and  Porous  Media  Flow  –  Cathode  (fp2) کلیک راست کرده و Porous  Medium را انتخاب کنید .
3
در پنجره تنظیمات برای محیط متخلخل  ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید .
4
از لیست انتخاب ، Cathode  GDL را انتخاب کنید .
ماتریس متخلخل 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Porous  Matrix  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل  ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید .
3
از لیست ε p ، User  defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، epsg_GDL را تایپ کنید .
4
از لیست κ ، User  defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، kappag_GDL را تایپ کنید .
ورودی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، ورودی گاز کاتد  را انتخاب کنید .
4
قسمت Boundary  Condition را پیدا کنید . از لیست، جریان کاملاً  توسعه یافته  را انتخاب کنید .
5
قسمت Fully  Developed  Flow را پیدا کنید . در قسمت متن av ، v_in_cath را تایپ کنید .
خروجی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، خروجی گاز کاتد  را انتخاب کنید .
دیوار 2
1
در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و دیوار را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، GDL  Boundaries را انتخاب کنید .
4
قسمت Boundary  Condition را پیدا کنید . از لیست شرایط دیوار  ، لغزش را انتخاب کنید .
تقارن 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، مرزهای تقارن راست  و  چپ  را انتخاب کنید .
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
سیال – گاز آند
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Heat  Transfer  in  Solids  and  Fluids  (ht) روی Fluid  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Fluid ، Fluid – Anode Gas را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت انتخاب دامنه  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، محفظه گاز آزاد آند را انتخاب کنید .
4
بخش هدایت حرارتی  ،  سیال را پیدا کنید . از لیست k ، هدایت حرارتی ،  فاز گاز (fc) را انتخاب کنید .
5
قسمت Thermodynamics,  Fluid را پیدا کنید . از لیست نوع سیال  ، گاز/مایع را انتخاب کنید .
6
از لیست ρ ، چگالی  فاز  گاز  (fc) را  انتخاب کنید .
7
از لیست p ، ظرفیت گرمایی  در فشار ثابت ، فاز گاز (fc) را انتخاب کنید .
8
از لیست γ ، User  defined را انتخاب کنید .
سیال – گاز کاتد
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Fluid را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Fluid ، Fluid – Cathode Gas را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت انتخاب دامنه  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، محفظه گاز بدون کاتد را انتخاب کنید .
4
بخش هدایت حرارتی  ،  سیال را پیدا کنید . از لیست k ، هدایت حرارتی ،  فاز گاز (fc) را انتخاب کنید .
5
قسمت Thermodynamics,  Fluid را پیدا کنید . از لیست نوع سیال  ، گاز/مایع را انتخاب کنید .
6
از لیست ρ ، چگالی  فاز  گاز  (fc) را  انتخاب کنید .
7
از لیست p ، ظرفیت گرمایی  در فشار ثابت ، فاز گاز (fc) را انتخاب کنید .
8
از لیست γ ، User  defined را انتخاب کنید .
مایع – خنک کننده
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Fluid را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Fluid ، Fluid – Cooling را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت انتخاب دامنه  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، کانال های خنک کننده را انتخاب کنید .
جامد – GDL
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Solid را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Solid ، Solid – GDLs را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت انتخاب دامنه  را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، GDLs را انتخاب کنید .
4
بخش رسانش گرما  ،  جامد را پیدا کنید . از فهرست k ، User  defined را انتخاب کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید .
5
در جدول k تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
kappa_GDL_IP
0
0
0
kappa_GDL_IP
0
0
0
kappa_GDL_TP
6
بخش ترمودینامیک،  جامد را پیدا کنید . از لیست ρ ، User  defined را انتخاب کنید . از لیست p ، User  defined را انتخاب کنید .
جامد – غشاء
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Solid را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Solid ، بخش انتخاب دامنه  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید .
4
در قسمت نوشتار برچسب ، Solid – Membrane را تایپ کنید .
5
بخش ترمودینامیک،  جامد را پیدا کنید . از لیست ρ ، User  defined را انتخاب کنید . از لیست p ، User  defined را انتخاب کنید .
جریان 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inflow را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جریان ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، ورودی ها را انتخاب کنید .
4
قسمت Upstream  Properties را پیدا کنید . در قسمت متن ustr ، T_in را تایپ کنید .
خروجی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات خروجی ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از فهرست انتخاب ، Outlets را انتخاب کنید .
تقارن 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، مرزهای تقارن راست  و  چپ  را انتخاب کنید .
شرایط دوره ای 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Periodic  Condition را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای شرایط دوره ای  ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، مرزهای بالا  و  پایین  را انتخاب کنید .
جریان آرام (SPF)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Laminar  Flow  (spf) کلیک کنید .
2
در پنجره Settings for Laminar  Flow ، بخش Domain  Selection را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، کانال های خنک کننده  را انتخاب کنید .
ورودی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست Selection ، Cooling  Inlet را انتخاب کنید .
4
قسمت Boundary  Condition را پیدا کنید . از لیست، جریان کاملاً  توسعه یافته  را انتخاب کنید .
5
قسمت Fully  Developed  Flow را پیدا کنید . در قسمت متن av ، v_in_cool را تایپ کنید .
خروجی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، خروجی خنک کننده  را انتخاب کنید .
تقارن 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، مرزهای تقارن راست  و  چپ  را انتخاب کنید .
چند فیزیک
گرمایش الکتروشیمیایی 1 (ech1)
در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics  Couplings کلیک کنید و Domain>Electrochemical  Heating را انتخاب کنید .
جریان غیر گرمایی – گاز آند
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics  Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal  Flow را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جریان غیر گرمایی  ، جریان غیر گرمایی – آند گاز را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
جریان غیر گرمایی – گاز کاتد
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics  Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal  Flow را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جریان غیر گرمایی  ، جریان غیر گرمایی – گاز کاتد را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Coupled  Interfaces را پیدا کنید . از لیست جریان سیال  ، جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (fp2) را انتخاب کنید .
جریان غیر گرمایی – سیال خنک کننده
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics  Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal  Flow را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای جریان غیر گرمایی  ، در قسمت نوشتار برچسب ، جریان غیر گرمایی – سیال خنک کننده را تایپ کنید .
3
قسمت Coupled  Interfaces را پیدا کنید . از لیست Fluid  flow ، Laminar  Flow  (spf) را انتخاب کنید .
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی انتقال حرارت  در جامدات و سیالات (ht) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتقال حرارت  در جامدات و سیالات ، بخش Physical Model را پیدا کنید .
3
در قسمت متن ref ، T_in را تایپ کنید .
تعاریف
دامنه های جریان آزاد
1
در پنجره Model  Builder ، گره Component   (comp1)>Definitions را گسترش دهید .
2
روی Definitions کلیک راست کرده و Selections>Union را انتخاب کنید .
3
در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input  Entities را پیدا کنید .
4
در قسمت Selections  to  add ، روی  Add کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، کانال‌های خنک‌کننده  و دامنه‌های گاز رایگان را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
7
در پنجره تنظیمات برای Union ، Free Flow Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
مرزهای جریان آزاد
1
در نوار ابزار تعاریف ،  روی مجاور کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای مجاور ، Free Flow Boundaries را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Input  Entities را پیدا کنید . در قسمت انتخاب‌های ورودی  ، روی افزودن کلیک کنید .
4
در کادر محاوره‌ای افزودن ، دامنه‌های جریان آزاد  را در فهرست انتخاب‌های ورودی انتخاب کنید .
5
روی OK کلیک کنید .
مرزهای لایه مرزی
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  تفاوت کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، Boundary Layer Boundaries را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections  to  add ، روی  Add کلیک کنید .
5
در کادر محاوره ای افزودن ، Free  Flow  Boundaries را در لیست Selections  to  add انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
7
در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input  Entities را پیدا کنید .
8
در قسمت انتخاب‌ها  برای  تفریق ، روی  افزودن کلیک کنید .
9
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تفریق ، ورودی گاز کاتد  ، خروجی گاز کاتد ، ورودی گاز آند ، خروجی گاز آند ، ورودی خنک‌کننده ، خروجی خنک‌کننده و مرزهای تقارن راست و چپ را انتخاب کنید .
10
روی OK کلیک کنید .
Sweep Domains
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Union ، Sweep Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Input  Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections  to  add ، روی  Add کلیک کنید .
4
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در لیست Selections to add ، Membrane ، Cathode  GDL و Anode  GDL را انتخاب کنید .
5
روی OK کلیک کنید .
دامنه های تت رایگان
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Complement کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Complement ، Free Tet Domains را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Input  Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections  to  invert ، روی  Add کلیک کنید .
4
در کادر محاوره‌ای افزودن ، Sweep  Domains را در فهرست انتخاب‌ها  برای  معکوس کردن انتخاب کنید .
5
روی OK کلیک کنید .
مش 1
سایز 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Mesh  1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی  را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، دامنه را انتخاب کنید .
4
از لیست انتخاب ، محفظه گاز بدون کاتد  را انتخاب کنید .
5
بخش اندازه عنصر  را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید .
6
قسمت پارامترهای اندازه عنصر  را پیدا کنید .
7
کادر حداقل  اندازه عنصر  را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، m_th/4 را تایپ کنید .
اصلاح گوشه 1
1
در نوار ابزار Mesh ، روی  More  Attributes کلیک کنید و Corner  Refinement را انتخاب کنید .
2
در پنجره Settings for Corner  Refinement ، بخش Domain  Selection را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، دامنه را انتخاب کنید .
4
از لیست انتخاب ، دامنه های جریان آزاد  را انتخاب کنید .
5
قسمت انتخاب مرز  را پیدا کنید . از لیست Selection ، Boundary Layer Boundaries را انتخاب کنید .
چهار وجهی رایگان 1
1
در نوار ابزار Mesh ، روی  Free  Tetrahedral کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Free  Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه  را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، دامنه را انتخاب کنید .
4
از لیست انتخاب ، دامنه های رایگان  Tet  را انتخاب کنید .
اندازه
1
در پنجره Model  Builder ، روی Size کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر  را پیدا کنید .
3
روی دکمه Custom کلیک کنید .
4
قسمت پارامترهای اندازه عنصر  را پیدا کنید . در قسمت متن حداکثر اندازه عنصر ، m_th را تایپ کنید .
5
در قسمت متنی Minimum  element  size m_th/2 را تایپ کنید .
6
در پنجره Model  Builder ، روی Mesh  1 کلیک راست کرده و Build  All را انتخاب کنید .
لایه های مرزی 1
1
در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary  Layers کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی  ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، دامنه را انتخاب کنید .
4
از لیست انتخاب ، دامنه های جریان آزاد  را انتخاب کنید .
5
برای گسترش بخش تنظیمات گوشه  کلیک کنید . از فهرست Handling of the sharp edges ، Trimming را انتخاب کنید .
ویژگی های لایه مرزی
1
در پنجره Model  Builder ، روی Boundary  Layer  Properties کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی  ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید .
3
از لیست Selection ، Boundary  Layer  Boundaries را انتخاب کنید .
4
قسمت لایه ها را پیدا کنید . در قسمت متنی Number  of  layers عدد 3 را تایپ کنید .
5
از لیست مشخصات ضخامت  ، اولین لایه را انتخاب کنید .
6
در قسمت متن Thickness ، m_th/5 را تایپ کنید .
7
 روی Build  Selected کلیک کنید .
جارو 1
1
در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه  را پیدا کنید .
3
از لیست سطح نهاد هندسی  ، دامنه را انتخاب کنید .
4
از لیست انتخاب ، Sweep  Domains را انتخاب کنید .
توزیع 1
1
روی Swept  کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید .
2
روی Distribution  کلیک راست کرده و Build  All را انتخاب کنید .
اضافه کردن مطالعه
1
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Study کلیک کنید تا پنجره Add  Study باز شود .
2
به پنجره Add  Study بروید .
3
زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت مطالعه انتخاب ،  مطالعات از پیش تعیین شده برای واسط های فیزیک انتخاب شده > پیل سوختی هیدروژنی > ثابت با راه اندازی را انتخاب کنید .
4
کلیک راست کرده و Add  Study را انتخاب کنید .
5
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Study کلیک کنید تا پنجره Add  Study بسته شود .
مطالعه 1
ثابت – جریان آند
1
در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – Anode Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
2
قسمت Physics  and  Variables  Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
رابط فیزیک
حل کنید برای
فرم معادله
پیل سوختی هیدروژنی (fc)
خودکار (تولید اولیه توزیع فعلی)
جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (fp2)
اتوماتیک (ایستا)
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (ht)
اتوماتیک (ایستا)
جریان آرام (spf)
اتوماتیک (ایستا)
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
کوپلینگ های چندفیزیکی
حل کنید برای
فرم معادله
جریان واکنش، فاز 1 گاز O2 (rfo1)
خودکار (تولید اولیه توزیع فعلی)
ثابت – جریان کاتدی
1
در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study  Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – Cathode Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Physics  and  Variables  Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
رابط فیزیک
حل کنید برای
فرم معادله
پیل سوختی هیدروژنی (fc)
خودکار (تولید اولیه توزیع فعلی)
جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند (fp)
اتوماتیک (ایستا)
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (ht)
اتوماتیک (ایستا)
جریان آرام (spf)
اتوماتیک (ایستا)
4
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
کوپلینگ های چندفیزیکی
حل کنید برای
فرم معادله
جریان واکنش، فاز 1 گاز H2 (rfh1)
اتوماتیک (ایستا)
ثابت – جریان خنک کننده
1
در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study  Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – Cooling Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Physics  and  Variables  Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
رابط فیزیک
حل کنید برای
فرم معادله
پیل سوختی هیدروژنی (fc)
خودکار (تولید اولیه توزیع فعلی)
جریان رسانه آزاد و متخلخل – آند (fp)
اتوماتیک (ایستا)
جریان رسانه آزاد و متخلخل – کاتد (fp2)
اتوماتیک (ایستا)
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (ht)
اتوماتیک (ایستا)
4
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
کوپلینگ های چندفیزیکی
حل کنید برای
فرم معادله
جریان واکنش، فاز 1 گاز H2 (rfh1)
اتوماتیک (ایستا)
جریان واکنش، فاز 1 گاز O2 (rfo1)
اتوماتیک (ایستا)
ثابت – تمام فیزیک به جز جریان آرام
1
در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study  Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Stationary ، Stationary – All Physics Except Laminar Flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Physics  and  Variables  Selection را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
رابط فیزیک
حل کنید برای
فرم معادله
جریان آرام (spf)
اتوماتیک (ایستا)
4
برای گسترش بخش Study  Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی  را انتخاب کنید .
5
 روی افزودن کلیک کنید .
6
در جدول، برای انتخاب سلول در ردیف شماره 1 و ستون شماره 3 کلیک کنید.
7
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام پارامتر
لیست مقادیر پارامتر
واحد پارامتر
سلول E (ولتاژ سلول (تغییر در جابجایی کمکی))
محدوده (1,-0.1,0.5)
V
راه حل 1 (sol1)
1
در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show  Default  Solver کلیک کنید .
2
در پنجره Model  Builder ، گره Solution   (sol1) را گسترش دهید .
3
در پنجره Model  Builder ، گره Study  1>Solver  Configurations>Solution   (sol1)>Stationary  Solver  5 را گسترش دهید ، سپس روی Segregated  1 کلیک کنید .
4
در پنجره تنظیمات برای Segregated ، بخش General را پیدا کنید .
5
از لیست تثبیت  و  شتاب ، هیچکدام را انتخاب کنید .
6
در پنجره Model  Builder ، Study  1>Solver  Configurations>Solution   (sol1)>Stationary  Solver  5>Segregated  1 node را گسترش دهید ، سپس روی Velocity  ua،  Pressure  pa کلیک کنید .
7
در پنجره Settings برای Segregated  Step ، روی قسمت Method  and  Termination کلیک کنید .
8
در قسمت متنی Damping  Factor ، 1 را تایپ کنید .
9
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Study  1>Solver  Configurations>Solution   (sol1)>Stationary  Solver  5>Segregated  1 روی Temperature کلیک کنید .
10
در پنجره Settings برای Segregated  Step ، قسمت Method  and  Termination را پیدا کنید .
11
در قسمت متنی Damping  Factor ، 1 را تایپ کنید .
12
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Study  1>Solver  Configurations>Solution   (sol1)>Stationary  Solver  5>Segregated  1 روی Velocity  uc,  Pressure  pc کلیک کنید .
13
در پنجره Settings برای Segregated  Step ، قسمت Method  and  Termination را پیدا کنید .
14
در قسمت متنی Damping  Factor ، 1 را تایپ کنید .
15
در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show  Default  Plots کلیک کنید .
مرحله 5: ثابت – تمام فیزیک به جز جریان آرام
1
در پنجره Model  Builder ، در مطالعه  1 ، روی مرحله  5:  Stationary  –  All  Physics  Except  Laminar  Flow کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Stationary ، کلیک کنید تا بخش Results  When  Solving گسترش یابد .
3
کادر Plot را انتخاب کنید .
4
از لیست گروه Plot  ، دما (ht) را انتخاب کنید .
5
در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
چگالی جریان غشا
1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 3D  Plot  Group را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی  ، چگالی جریان غشایی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
سطح 1
1
روی Membrane  Current  Density کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Hydrogen  Fuel  Cell>  بردار چگالی جریان الکترولیت  – A/m²>fc.Ilz – بردار چگالی جریان الکترولیت ، z-component را انتخاب کنید .
3
قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Unit ، A/cm^2 را تایپ کنید .
4
در نوار ابزار Membrane Current Density ، روی  Plot کلیک کنید .
پتانسیل فاز الکترود، سمت آند
1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 3D  Plot  Group را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی  ، الکترود فاز پتانسیل، سمت آند را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
سطح 1
1
روی Electrode  Phase  Potential،  Anode  Side کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Hydrogen  Fuel  Cell>fc.phis  –  Electric  Potential  –  V را انتخاب کنید .
انتخاب 1
1
روی Surface  کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، دامنه های جانبی آند  را انتخاب کنید .
4
در نوار ابزار الکترود فاز Potential، Anode Side ، روی  Plot کلیک کنید .
پتانسیل فاز الکترود، کاتد
1
در پنجره Model  Builder ، روی Electrode  Phase  Potential،  Anode  Side کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی  ، در قسمت نوشتار برچسب ، الکترود فاز پتانسیل، کاتد را تایپ کنید .
3
در پنجره Model  Builder ، گره کاتد ، پتانسیل فاز الکترود  را گسترش دهید .
انتخاب 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Results>Electrode  Phase  Potential،  Cathode>Surface  1 را گسترش دهید ، سپس روی Selection  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، سمت کاتد را  انتخاب کنید .
4
در نوار ابزار الکترود فاز پتانسیل، کاتد ، روی  Plot کلیک کنید .
کسر مول، O2، ساده (fc)
1
در پنجره Model  Builder ، در بخش Results ، روی Mole  Fraction،  O2،  Streamline  (fc) کلیک کنید .
2
در پنجره Settings for 3D  Plot  Group ، قسمت Plot  Settings را پیدا کنید .
3
کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را  پاک کنید .
ساده 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Mole  Fraction،  O2،  Streamline  (fc) را گسترش دهید ، سپس روی Streamline  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Streamline ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید .
3
از لیست نوع عنوان  ، هیچکدام را انتخاب کنید .
4
بخش Streamline  Positioning را پیدا کنید . از لیست موقعیت یابی ، روی  مرزهای انتخاب شده  را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن شماره ، 15 را تایپ کنید .
6
قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی گاز کاتد  را انتخاب کنید .
7
قسمت Coloring  and  Style را پیدا کنید . زیربخش Line  style را پیدا کنید . از لیست Type ، Ribbon را انتخاب کنید .
بیان رنگ
1
در پنجره Model  Builder ، گره Streamline  1 را گسترش دهید ، سپس روی Color  Expression کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای بیان رنگ  ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید .
3
از لیست نوع عنوان  ، هیچکدام را انتخاب کنید .
سطح 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Mole  Fraction،  O2،  Streamline  (fc) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Hydrogen  Fuel  Cell>Species  O2>fc.xO2  –  Mole  fraction را انتخاب کنید .
3
برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان  ، سفارشی را انتخاب کنید .
4
زیربخش Type  and  data را پیدا کنید . تیک Type را پاک کنید .
5
برای گسترش بخش Inherit  Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Streamline  1 را انتخاب کنید .
انتخاب 1
1
روی Surface  کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، GDL  Boundaries را انتخاب کنید .
سطح 2
1
در پنجره Model  Builder ، روی Mole  Fraction،  O2،  Streamline  (fc) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید .
3
در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید .
4
قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان  ، هیچکدام را انتخاب کنید .
5
قسمت Coloring  and  Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید .
6
از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید .
انتخاب 1
1
روی Surface  کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، مش را انتخاب کنید .
سطح 1
1
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
2
در پنجره Model  Builder ، در Results>Mole  Fraction،  O2،  Streamline  (fc) روی Surface  1 کلیک کنید .
3
در نوار ابزار Mole Fraction، O2، Streamline (fc) ، روی  Plot کلیک کنید .
کسر مول، H2O، ساده (fc)
1
در پنجره Model  Builder ، گره Results>Mole  Fraction،  H2O،  Streamline  (fc) را گسترش دهید ، سپس روی Mole  Fraction،  H2O،  Streamline  (fc) کلیک کنید .
2
در پنجره Settings for 3D  Plot  Group ، قسمت Plot  Settings را پیدا کنید .
3
کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را  پاک کنید .
ساده 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Streamline  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش عنوان را پیدا کنید .
3
از لیست نوع عنوان  ، هیچکدام را انتخاب کنید .
4
قسمت Coloring  and  Style را پیدا کنید . زیربخش Line  style را پیدا کنید . از لیست Type ، Ribbon را انتخاب کنید .
بیان رنگ
1
در پنجره Model  Builder ، گره Streamline  1 را گسترش دهید ، سپس روی Color  Expression کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای بیان رنگ  ، قسمت عنوان را پیدا کنید .
3
از لیست نوع عنوان  ، هیچکدام را انتخاب کنید .
سطح 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی Mole  Fraction،  H2O،  Streamline  (fc) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Hydrogen  Fuel  Cell>Species  H2O>fc.xH2O  –  Mole  fraction را انتخاب کنید .
3
قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان  ، سفارشی را انتخاب کنید .
4
زیربخش Type  and  data را پیدا کنید . تیک Type را پاک کنید .
5
بخش Inherit  Style را پیدا کنید . از لیست Plot ، Streamline  1 را انتخاب کنید .
انتخاب 1
1
روی Surface  کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، GDL  Boundaries را انتخاب کنید .
سطح 2
در پنجره Model  Builder ، در Results>Mole  Fraction،  O2،  Streamline  (fc) روی Surface  2 کلیک راست کرده و Copy را انتخاب کنید .
سطح 2
در پنجره Model  Builder ، روی Mole  Fraction،  H2O،  Streamline  (fc) کلیک راست کرده و Paste  Surface را انتخاب کنید .
سطح 1
1
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
2
در نوار ابزار Mole Fraction، H2O، Streamline (fc) ، روی  Plot کلیک کنید .
سطح
1
در پنجره Model  Builder ، گره Temperature  (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید .
3
از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید .
4
در نوار ابزار دما (ht) ، روی  Plot کلیک کنید .
دمای کانال خنک کننده
1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 3D  Plot  Group را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی  ، دمای کانال خنک کننده را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
جلد 1
1
روی Cooling  Channel  Temperature کلیک راست کرده و Volume را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای حجم ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Heat  Transfer  in  Solids  and  Fluids>Temperature>T  –  Temperature  –  K را انتخاب کنید .
3
قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید .
4
قسمت Coloring  and  Style را پیدا کنید .  روی تغییر  جدول رنگ  کلیک کنید .
5
در کادر محاوره ای Color  Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید.
6
روی OK کلیک کنید .
انتخاب 1
1
روی جلد  کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید .
3
از لیست انتخاب ، کانال های خنک کننده  را انتخاب کنید .
4
در نوار ابزار دمای کانال خنک کننده ، روی  Plot کلیک کنید .
فعالیت آب
1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 3D  Plot  Group را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی  ، Water Activity را در قسمت نوشتاری Label تایپ کنید .
سطح 1
1
روی Water  Activity کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component   (comp1)>Hydrogen  Fuel  Cell>fc.aw  –  Water  Activity  (رطوبت نسبی  ) را انتخاب کنید .
3
در نوار ابزار Water Activity ، روی  Plot کلیک کنید .